MATLAB与控制系统仿真实践(第3版)

《MATLAB与控制系统仿真实践（第3版）》一书以MATLAB R2015b为仿真平台，以清新、简洁的风格介绍了MATLAB语言基础及基于MATLAB的控制系统仿真。本书在结构上包括上下两篇共17章。上篇介绍MATLAB语言基础；为满足新的教学需求，还加入了MATLAB/Simulink与开源电子设计平台Arduino的交互应用，共8章。下篇介绍控制系统的MATLAB仿真，并提供了两个课程设计案例供学习参考，共9章。

全书结构清晰，内容翔实，图文并茂，以丰富的实例突出实践性，通过紧密联系实际突出应用性。

《MATLAB与控制系统仿真实践（第3版）》一书可作为自动控制等相关专业的教学参考用书，也可作为相关领域工程技术人员和研究人员的参考资料。书中MATLAB语言的介绍较为全面，可供MATLAB语言入门者学习参考。书中所给综合实例则对相关课程设计、毕业设计等有重要参考价值。

上篇MATLAB/ Simulink基础

第1章MATLAB环境认识与操作3

1.1MATLAB环境认识3

1.1.1命令窗口4

1.1.2命令历史记录(Command History)窗口6

1.1.3工作空间(Workspace)窗口7

1.1.4MATLAB的帮助使用9

1.1.5图形窗口12

1.1.6编辑/调试窗口13

1.2MATLAB Notebook及其使用14

1.2.1MATLAB Notebook的启动14

1.2.2Notebook的菜单命令15

1.2.3输出单元的格式控制15

1.2.4使用Mbook模板的技巧16

本 章 小 结16

第2章MATLAB语言基础17

2.1MATLAB语言的常量与变量17

2.1.1MATLAB语言的常量17

2.1.2MATLAB语言的变量18

2.2MATLAB语言的运算符19

2.2.1算术运算符19

2.2.2关系运算符19

2.2.3逻辑运算符19

2.3MATLAB语言的数据类型20

2.3.1MATLAB语言的数据类型概述20

2.3.2稀疏矩阵20

2.3.3单元数组24

2.3.4结构数组27

2.4MATLAB语言的基本语句结构30

2.4.1直接赋值语句30

2.4.2调用函数语句31

本 章 小 结31

第3章MATLAB的数值运算与符号运算基础32

3.1数组与矩阵的基本操作32

3.1.1数组与矩阵的输入32

3.1.2数组与矩阵元素的操作36

3.1.3数组与矩阵的输出38

3.2MATLAB的基本数值运算40

3.2.1算术运算40

3.2.2关系运算44

3.2.3逻辑运算45

3.2.4运算优先级47

3.3MATLAB的基本符号运算47

3.3.1符号运算基本函数48

3.3.2符号代数方程和微分方程的求解49

3.3.3符号微积分运算52

3.3.4Laplace变换及其反变换、Z变换及其反变换53

3.3.5MuPAD Notebook简介55

本 章 小 结56

第4章MATLAB语言的程序设计57

4.1MATLAB语言的流程结构57

4.1.1if, else和elseif组成的条件转移结构57

4.1.2switch，case和otherwise组成的开关结构58

4.1.3while/for循环结构58

4.1.4try和catch组成的试探结构59

4.1.5MATLAB程序设计举例60

4.2MATLAB函数的编写63

4.2.1MATLAB函数的基本结构64

4.2.2MATLAB函数编写举例66

4.3MATLAB程序设计中应注意的问题69

本 章 小 结70

第5章MATLAB语言的绘图基础71

5.1二维图形的绘制71

5.1.1绘制二维图形的基本函数及示例71

5.1.2图形的修饰及示例73

5.1.3多图绘制函数及示例78

5.1.4特殊应用二维图形的绘制83

5.2三维图形的绘制85

5.2.1三维图形绘制函数85

5.2.2三维图形绘制举例85

5.3图形的图形化编辑87

5.4符号函数绘制图形88

5.4.1符号函数绘制图形的函数及示例88

5.4.2符号函数的图形化绘制方式89

本 章 小 结90

第6章MATLAB GUI程序设计初步91

6.1GUI设计工具GUIDE简介91

6.1.1GUIDE的启动91

6.1.2GUI的创建91

6.2GUI程序设计示例93

6.2.1“Hello World”程序的设计93

6.2.2控制系统典型环节的演示程序95

本 章 小 结99

第7章MATLAB的仿真集成环境——Simulink100

7.1Simulink概述100

7.2Simulink的基本界面操作100

7.3Simulink的功能模块及其操作103

7.3.1Simulink的功能模块103

7.3.2功能模块的基本操作109

7.3.3功能模块的连接操作111

7.4Simulink仿真环境的设置112

7.5子系统及封装技术113

7.5.1子系统的建立114

7.5.2子系统的封装115

7.6用Simulink建立系统模型示例118

7.7Simulink的高级应用——S函数的编写121

7.7.1S函数的工作原理122

7.7.2S函数的设计实例127

本 章 小 结133

第8章MATLAB/Simulink与Arduino交互控制134

8.1Arduino简介134

8.1.1Arduino及其特点134

8.1.2Arduino硬件资源135

8.1.3Arduino开发环境136

8.1.4Arduino开发举例137

8.2MATLAB/Simulink对Arduino的开发支持140

8.2.1MATLAB/Simulink支持包的安装140

8.2.2MATLAB对Arduino的支持(Arduino Support from MATLAB)141

8.2.3Simulink对Arduino的支持(Arduino Support from Simulink)141

8.3MATLAB/Simulink与Arduino交互控制举例143

8.3.1MATLAB与Arduino交互控制举例143

8.3.2Simulink与Arduino交互控制举例146

本 章 小 结149

下篇控制系统的MATLAB仿真

第9章自动控制及其仿真概述153

9.1自动控制系统概述153

9.1.1自动控制系统的基本形式及特点153

9.1.2自动控制系统的分类154

9.1.3对自动控制系统的要求及性能评价154

9.2控制系统仿真概述154

9.2.1仿真的基本概念154

9.2.2仿真的不同分类155

9.2.3仿真技术的应用及发展156

9.2.4计算机仿真的要素及基本步骤157

9.2.5控制系统仿真软件158

本 章 小 结158

第10章基于MATLAB的控制系统数学建模159

10.1控制系统的传递函数模型159

10.1.1系统传递函数模型简述159

10.1.2传递函数的MATLAB相关函数160

10.1.3建立传递函数模型实例161

10.2控制系统的零极点函数模型164

10.2.1零极点函数模型简述164

10.2.2零极点函数的MATLAB相关函数165

10.2.3建立零极点函数模型实例165

10.3控制系统的状态空间函数模型169

10.3.1状态空间函数模型简述169

10.3.2状态空间函数的MATLAB相关函数169

10.3.3建立状态空间函数模型实例170

10.4系统模型之间的转换172

10.4.1系统模型转换的MATLAB相关函数172

10.4.2系统模型之间转换实例173

10.5方框图模型的连接化简178

10.5.1方框图模型的连接化简简述178

10.5.2系统模型连接化简的MATLAB相关函数180

10.5.3系统模型连接化简实例180

10.6Simulink图形化系统建模实例184

本 章 小 结185

第11章控制系统的稳定性分析186

11.1系统稳定性的MATLAB直接判定187

11.1.1MATLAB直接判定的相关函数187

11.1.2MATLAB直接判定实例187

11.2系统稳定性的MATLAB图形化判定190

11.2.1MATLAB图形化判定的相关函数190

11.2.2MATLAB图形化判定实例190

11.3MATLAB LTI Viewer稳定性判定实例192

本 章 小 结195

第12章控制系统的时域分析196

12.1控制系统的动态性能指标分析196

12.1.1控制系统的动态性能指标196

12.1.2控制系统动态性能指标MATLAB求取实例197

12.2控制系统的稳态性能指标分析204

12.2.1系统的稳态性能指标204

12.2.2控制系统稳态性能指标MATLAB求取实例204

12.3MATLAB时域响应仿真的典型函数应用207

12.3.1MATLAB时域响应仿真的典型函数207

12.3.2MATLAB时域响应仿真的典型函数应用实例207

12.4MATLAB/Simulink图形化时域分析212

12.4.1MATLAB LTI Viewer时域分析实例212

12.4.2Simulink时域分析实例215

本 章 小 结217

第13章控制系统的根轨迹分析与校正218

13.1控制系统的根轨迹法分析220

13.1.1MATLAB根轨迹分析的相关函数220

13.1.2MATLAB根轨迹分析实例220

13.2控制系统的根轨迹法校正233

13.2.1根轨迹法超前校正及基于MATLAB的实例234

13.2.2根轨迹法滞后校正及基于MATLAB的实例238

13.3MATLAB图形化根轨迹法分析与设计242

13.3.1MATLAB图形化根轨迹法分析与设计工具rltool242

13.3.2基于图形化工具rltool的系统分析与设计实例244

本 章 小 结246

第14章控制系统的频域分析与校正247

14.1控制系统的频域分析248

14.1.1频率特性及其表示248

14.1.2MATLAB频域分析的相关函数248

14.1.3MATLAB频域分析实例249

14.2基于频域法的控制系统稳定性能分析258

14.2.1频域法的稳定性判定和稳定裕度概述258

14.2.2基于频域法的控制系统稳定性判定相关函数259

14.2.3MATLAB频域法稳定性判定实例260

14.3控制系统的频域法校正266

14.3.1频域法超前校正及基于MATLAB的实例266

14.3.2频域法滞后校正及基于MATLAB的实例271

14.3.3频域法滞后超前校正及基于MATLAB的实例276

本 章 小 结282

第15章控制系统的PID控制器设计283

15.1PID控制器概述283

15.2PID控制器作用分析284

15.2.1比例控制作用举例分析284

15.2.2比例微分控制作用举例分析285

15.2.3积分控制作用举例分析288

15.2.4比例积分控制作用举例分析290

15.2.5比例积分微分控制作用举例分析291

15.3PID控制器设计举例295

15.3.1PID控制器参数整定方法295

15.3.2PID控制器设计举例296

本 章 小 结300

第16章非线性控制系统分析301

16.1非线性系统概述301

16.2相平面法302

16.2.1相平面法概述302

16.2.2基于MATLAB的相轨迹图绘制示例302

16.3描述函数法304

16.3.1描述函数法概述304

16.3.2基于MATLAB的描述函数法非线性系统分析示例305

本 章 小 结307

第17章课程设计综合实例308

17.1课程设计作品1——系统的滞后超前频域法校正308

17.1.1设计目的308

17.1.2设计任务308

17.1.3具体要求308

17.1.4设计原理概述308

17.1.5设计方案及分析309

17.1.6结束语320

17.1.7参考文献320

17.2课程设计作品2——系统的根轨迹法超前校正320

17.2.1设计目的320

17.2.2设计任务321

17.2.3具体要求321

17.2.4设计原理及EDA工具选择321

17.2.5系统校正及结果分析323

17.2.6结束语328

17.2.7参考文献328